长江口航道整治建筑物修复实践

石 进，陈 琳，陈复奎

(1.交通运输部长江口航道管理局，上海 200003；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120)

长江口是长江黄金水道的咽喉，“三级分汊、四口入海”，河势复杂多变。作为世界巨型河口航道治理的典范，长江口的工程建设者们通过整治与疏浚相结合的总体方案，通过实施一系列的重大工程，取得了良好的整治效果。“打通拦门沙，治理长江口”，几代人的夙愿得以实现[1-2]。为充分发挥整治建筑物“导流、挡沙、减淤”功能，长江口航道治理工程建设了约200 km长的各种类型整治建筑物，分布在长江口南北槽航道南北侧以及河势变化复杂的长江口南北港分汊口和南北槽分流口河段。长江口航道治理工程通过验收、航道开通后，虽然整个长江口的河势得到了初步控制，但局部区域冲淤变化剧烈，堤线防冲护滩压力增大[3]，加之人类活动频繁，长江口航道整治建筑物时有损坏。整治建筑物的损坏不仅会降低整治功能，还会进一步改变建筑物周边流场，加大、加速损坏或形成新的破坏，甚至危及航道安全，因此必须及时进行修复。航道整治建筑物修复的关键是通过查明原因、专项设计、质量控制，确保修复后不再重复毁坏。工程师们在“实践—认识—再实践—再认识”的过程中，形成了一套较为科学的航道整治建筑物监测分析方法，开展了损坏成因、治理对策、结构优化等方面的研究[4-5]，修复实施过程中加强对施工质量的把控，取得了较好的效果。

1 长江口航道整治建筑物概况

长江口航道原通航水深仅7.0 m，经长江口深水航道治理工程(一期、二期、三期)、长江口南北港分汊口河段新浏河沙护滩及南沙头限流工程、长江口12.5 m深水航道向上延伸工程、长江口南槽航道治理一期工程等的建设，形成了水深12.5 m、底宽350～400 m、长约125 km的深水航道和水深6 m、底宽600 m、长约86 km的南槽航道，同步建成导堤、丁坝等航道整治建筑物203.44 km，如表1和图1所示。

表1 长江口航道整治建筑物Tab.1 Regulating structures in the Yangtze River estuary

图1 长江口航道主要整治建筑物及近年来修复位置示意图Fig.1 Sketch of regulating structure in the Yangtze River estuary

2 长江口航道整治建筑物主要结构型式

考虑建筑物结构对长江口复杂流场的适应性和其建设对流场的调节作用[6]，长江口航道整治建筑物主要采用软体排护底、抛石堤心、半圆体或抛石堤身结构。护底堤身部位多排为砂肋软体排，排体基布采用 230 g/m2机织布与150 g/m2无纺布复合，砂肋采用230 g/m2机织布。余排部位多采用混凝土联锁块软体排，单个混凝土块尺寸为0.4 m×0.4 m×0.16 m；堤心多采用10～100 kg抛石，少部分采用袋装砂；主要结构段堤身多采用半圆体、半圆形沉箱结构，结构长5～6 m，高4～9 m，圆弧半径4～6 m。堤身肩部及丁坝头部、靠外海段等风浪较大段堤顶多采用4 t或2 t重扭王字块(钩连块体)护面。发生损坏的多为护底软体排余排部位及抛石斜坡堤身(图2)。

图2 主要结构断面图(高程：m，单位：mm)Fig.2 The main structures

3 长江口航道整治建筑物典型损坏情况

3.1 新浏河沙护滩堤

新浏河沙护滩堤位于长江口历史上河势变化最为复杂、最不稳定的第二级分汊口河段，整治建筑物采用Y型布置，主要为抛石斜坡堤结构[7]。2016年10月19日在例行巡视时发现HT2+380～HT2+680段堤身损坏出现缺口，调查发现：损坏处滩面呈南高北低斜坡状，护滩堤南侧淤积、北侧冲刷(排体边缘处冲刷深度为6～7 m)，轴线处滩面高程较工前测量时低了1～2 m。探摸发现：堤身南侧探摸到的护面扭王字块、护脚块石的位置、宽度均与设计图基本一致；堤身北侧轴线至距轴线约5 m范围原安放扭王字块区域，能摸到扭王字块和少量块石，距轴线约5 m 至距轴线约11 m范围原护脚棱体处也能摸到块石和少量扭王字块，与设计图相比除少量扭王字块体有向北散落外，其余堤身材料所处位置与设计基本一致。南北侧余排范围局部能直接探摸到护底软体排。

2016年10月21日发现HT10+720～HT10+758堤身坍塌，HT10+748处的灯桩基础倾斜滑移、灯桩倒入水中损坏。调查发现：损坏处护滩堤轴线北侧淤积幅度大于2 m、南侧排体边缘处冲刷深度约为10 m。探摸发现：堤身护面扭王字块体向南侧散落(最远在距轴线15 m处发现扭王字块体，设计安放范围在距轴线约6 m)，轴线北侧探摸到的护面扭王字块、护脚块石的位置、宽度均与设计图基本一致。护排区域均能摸到完整的护底软体排。

前述损坏原因推断为在大洪水和天文大潮作用下，因地基表层为极易冲刷的粉砂和特殊的平面形态[8]，加之软体排又可能存在局部损坏的情况下形成的局部破坏。

3.2 潜堤

2016年5月地形加密测量和分析时发现，潜堤SQ1+845断面南侧护底软体排余排内出现了深约3 m的冲刷坑，探摸发现：护底余排损坏，坑的边坡是断裂的砼联锁块，断裂处能摸到土工布；同时摸到了渔网和铁钩；坑底有堆积在一起的砼联锁块和漂浮损坏的土工布，空隙处为泥沙，坑底高低不平。

损毁原因推断为当地渔民铺设渔网作业时，在整治建筑物护底软体排上打设木桩、挂铁钩导致[9]。

4 修复措施及实施

4.1 修复措施

表2 修复措施汇总表Tab.2 Reclamation activities

4.2 修复实施

4.2.1 填坑找平

新浏河沙护滩堤主要结构为抛石堤身及扭王字块护面，HT2+380～HT2+680段损坏后，地基上残余少量抛石和扭王字块，凹凸不平。为避免尖锐材料或深凹坑损坏拟铺设护底软体排[10]，并能有效排水，设计采用抛开山石渣进行覆盖和填坑并找平，如图3所示。

图3 新浏河沙HT2+400断面抛开山石渣设计示意图(高程：m，单位：mm)Fig.3 Design of repair on the Xinliuhesha shoal(HT2+400)

施工过程中采用抛前多波束测图结合人工水下探摸定位，用小型机械在低平潮时尽量将地基上残余构筑物清除干净，然后按网格法定点抛填开山石渣。

施工质量控制要点为抛填过程必须避开落潮流速较大时段，抛填完成后不得有大于1:3的陡坡或隆起存在，并不得在设计范围内留空白[11]。按照每5～10 m一个断面逐断面进行验收(图4)。

图4 新浏河沙HT2+558断面开山石渣抛填验收示意图(单位：m)Fig.4 Acceptance criteria about gravel(HT2+558)

4.2.2 铺设护底软体排

新浏河沙护滩堤铺设软体排前，先抛填一层0.5 m厚的袋装碎石作为垫层；潜堤铺设软体排前，先抛填一层0.8 m厚的袋装砂作为垫层。丁坝头直接补铺软体排。施工质量控制要点为正负偏差0.25 m，且抛填完成后不得有隆起或凹坑，不得留有空白。按照多波束加密测量抛前抛后对比和水下探摸进行验收。

软体排铺设是长江口航道整治建筑物质量控制的重中之重[12]，软体排的铺设质量直接关系到修复工程的成败。设计单位通过对长江口北槽N4丁坝坝头暴露出局部排体边缘失稳以及块体间隙大排布易受损的问题，开展排体优化的相关试验研究。本次修复时砼联锁片主要采用0.48 m×0.48 m×0.12 m规格，边缘压载时采用0.48 m×0.48 m×0.20 m规格，排布采用550 g/m2+250 g/m2复合而成。

施工质量控制要点为砼联锁块绑扎牢靠，铺设完成后搭接宽度不得小于4 m(单块连锁片宽度)。砼联锁块绑扎时严格监理旁站[13]，且0.48 m×0.48 m×0.20 m规格采用双道系法，确保砼联锁片不脱落。铺排过程中，采用MS-1000水下成像技术进行实时扫测(图5)，判断排体定位、成排及排与排之间的搭接情况，确保铺排质量。

图5 MS-1000水下成像图 图6 灯桩基础恢复图Fig.5 Underwater imaging of MS-1000 Fig.6 Foundation of the new light beacon

4.2.3 堤身恢复

堤身修复按原设计标准进行，恢复后的堤身断面尺度、高程和材料规格均不得低于原结构设计。

施工质量控制要点为各部位石料严格确保规格，并控制坡比，做好理坡。

4.2.4 灯桩基础恢复

安装灯桩基础前先对基床进行整平，施工质量控制关键点为严格控制整平偏差。

整平施工时采用先小型机械设备进行初整，再采用整平架刮刀法人工整平，最后使用整平架对灯桩安装范围进行固定定位。灯桩基础下采用级配良好并抛填均匀、密实的垫层块石，并在表层200 mm厚范围内用碎石填实缝隙(图6)。

图7 新浏河沙修复后固定断面监测(单位：m)Fig.7 Topography survey results on the Xinliuhesha shoal

5 修复效果

长江口航道整治建筑物监测分析已形成一套较为完善的体系，由测量单位定期(月、季度、半年)开展跟踪测量，并由专业单位进行监测分析。监测分析结果显示，修复工程实施后，局部水动力条件有所改善，排内冲刷态势明显缓解，以新浏河沙护滩堤修复为例：整治建筑物堤身两侧各300 m测量范围内，按照间隔100 m的固定断面测线进行季度单波束测量如图7所示。修复前，排边向堤轴线30 m范围内冲刷明显，洪季2月内累计冲刷1.8 m，且距轴线40 m处出现局部深坑，深度达4 m，对整治建筑物造成一定的威胁；修复工程实施后，排边冲刷迅速稳定，局部深坑冲刷停止发展，整体地形变化在0.3 m以内，并在枯水期出现0.5 m的正常淤积，整体冲刷态势明显缓解，改善了周边流场流态发展，稳定了河床地形。相关堤身恢复后，沉降位移年累计10 cm以内，沉降曲线逐渐趋缓、逐步稳定，修复的同一位置或部位未发生再次破坏。修复工程的实施取得了较好的效果。

6 结语

(1)长江口航道整治建筑物种类繁多、分布广泛，局部冲刷剧烈，定期开展科学监测和分析，及时发现整治建筑物运行安全隐患或损坏并及时修复对于整治功能正常发挥是十分必要的。

(2)长江口航道整治建筑物修复是一项专业性强、技术复杂的工程，需要从原因分析、设计优化、施工质量控制等全方位加强研究和完善，确保整治建筑物修复效果。

(3)长江口航道整治建筑物修复过程中摸索出的修复对策和技术措施，已在工程实践中得以检验和发展，可为长江口航道整治建筑物修复提供技术支撑。

(4)作为世界上治理难度极大的潮汐河口航道，整治建筑物的修复实践具有典型代表性，可推广到其他潮汐河口及沿海航道养护管理中。